CN1452433A - 自动化音响系统设计 - Google Patents

Abstract

自动化音响系统设计装置及其使用方法。将计算机构建并配置成能接收设施信息信号的输入和音响系统选择信号的要求，同时使用先前储存的部件性能能力数据信号的汇集来产生代表所需音响系统的音响系统输出信号配置。

Description

自动化音响系统设计

技术领域

本发明涉及商业企业音响系统的设计，更具体地说，其涉及设计音响系统的自动化方法。

背景技术

提供设计音响系统的改进方法是本发明的重要目的。

发明内容

根据本发明，是关于设计设施音响系统的方法，其包括把代表对音响系统所需性能特性的性能数据信号输入到计算机的处理器，把代表设施内声学空间声学特性的声学数据信号输入到该计算机处理器；用处理器将声学数据信号和性能数据信号与先前存在的音响设备部件能力信号数据库进行比较；以及通过处理器实时地为音响系统产生输出配置信号，音响系统包括扬声器和放大器。

在本发明的另一方面，设计设施音响系统的装置包括存储器，其用于储存代表音响系统部件特性的数据信号；及与存储器连接的计算机处理器，其被构建和配置成能接受包括所需音响系统的性能能力信号的信息信号作为输入数据。输入数据信号还包括设施的声学信号特性。所构建和配置的计算机处理器，根据声学特性信号和所需音响系统的性能能力信号来实时地产生代表部件和部件间相互连接的音响系统配置输出信号。

附图说明

在结合附图研读下面的详细说明时，其他特点，目的和优点将会变得显而易见，附图中：

图1是对说明本发明特点有用的平面布局图；

图2是为如图1所示及公开内容所附部分中说明的设施设计音响系统的方法的方框图；

图3是输入数据和显示本发明特点的图形用户接口的说明；

图4a和4b是计算机监视器的显示说明；

图5a和5b示出说明根据本发明计算机程序结构的类别图；

图6是对说明本发明特点有用的平面布局图的示意视图；及

图7是说明增强器逻辑配置的方框图。

具体实施方式

现在参照附图，更具体地说是参照图1来说明本发明的用途，其中示出了一个典型餐馆的简化平面图。餐馆10包括一些分开的区域，各区域对音响系统，诸如关于声源，音乐种类，及所需响度都有不同的要求。例如，大堂休息区12可能装备大屏幕电视和几个监视器，并可能需要从DVD和CD播放机，或从有线或卫星电视广播接受声音作为输入。该声音可以用作为背景音乐或电视广播的音频部分。音量最好通过音响系统自动可调，从而使得在大堂休息厅相对来说安静时不会音量太大。而在环境噪声高，例如一大群人正在观看体育项目的广播时又能够听得见。就餐区14的音响主要为背景音乐，使用CD转换器作为声源。就餐区的音量最好自动可调，不过最大音量可不必象在大堂休息区那么高，因为其最大环境噪声可能较小。功能厅16可以是多用途区域，所以它可以用作为辅助就餐区，而与就餐区14有相同的音响要求。此外，功能厅16还能够供要求前景讲话可听度的会议以及娱乐之用，所以该音乐不但是背景而且是前景。同时音量自动可调，而最大音量则比在就餐区14要高。如在大堂休息区12一样，还可以为功能厅16安装大屏幕电视广播。从就餐区14的同一声源为卫生间18只提供背景音乐，不过音量可能不会自动可调，也不会像在餐厅14的最大音量那么高。餐馆的所有区域包括厨房20都可以建立和配置成能从自动报警源广播音响报警并在适当水平上进行呼叫。对接待区22的老板或女老板来说可能希望能够向大堂休息区12的顾客(例如等候就餐区座位的顾客)广播呼叫或向户外候餐区24广播呼叫，而不向就餐区14广播该呼叫。

下面是一些术语的定义。“设施”包括音响系统提供服务的整座建筑物，或建筑物的主要部分。在上述实例中，餐馆10是一个设施。“声学空间”是设施具有共同声学特性(例如交混回响特性)的连接部分。声学特性通常是房间几何形状(包括天棚高度)，地面处理，墙壁处理，窗户及窗户处理，等等的结果。在上述实例中，餐厅14，功能厅16，以及综合的大堂休息厅12和接待区22可能各自都是声学空间。“收听区域”是设施共有一套音响系统要求，诸如最大和最小声压级，频率响应，相似重要性语音频带和音乐频带的部分。声学空间和收听区域如同它们在本实例中一样可能是相一致的。在其他情况下，一个单个声学空间可能包含多个收听区域。例如，如果在大堂休息厅和接待区域22之间没有墙壁，那么大堂休息厅和接待区就会是有两个不同收听区的一个单个声学空间。“区段”是设施的可能不相连接但却由一共同放大器信道服务的部分。例如，两个卫生间18可以是一个区段，而餐厅，接待区，以及功能厅可以是声学空间，收听区域，以及区段。

现在参看图2，其示出设计，形成，修改，及维护如图1所示设施音响系统的方法的方框图。涉及数据收集和输入的步骤在左面一栏。自动化步骤在中间一栏。涉及人介入的步骤在右面一栏。在数据收集阶段30，收集关于设施和所需音响系统特性的信息。在步骤32，收集关于设施的信息，而在步骤34则将代表性信号输入到计算机并加以储存。设施信息可能包括设施和各不同收听区，声学空间，以及区段的大小。设施信息可能还包括几个声学空间的声学特性，并且可能还包括诸如预期环境噪声水平等信息。在步骤36，收集各收听区的所需性能特性，而在步骤38将代表性信号输入到计算机并加以储存。收听区所需性能特性可能包括所需的最大和最小声压级，以dB SPL表示；语音或音乐的相对重要性；音响系统的美学特性；系统成本；待播放音乐的类型；系统的自动化特性如自动开/并，以及其他项目如与标准部件的偏差，系统必须与之一起动作的现有设备，和非标准材料或劳动力成本等。步骤32和36以及包括在步骤32和36中的具体活动可以以任何次序进行。

数据收集阶段30的步骤可以按惯用的方式进行。利用如图3所示的合适的图形用户接口可以使数据输入信号变得更为方便。收集到的数据以及步骤32，34，36和38中的信号输入可以存入一数据库，该数据库可由系统设计阶段40的计算机(其稍后将予以讨论)来使用。

系统设计阶段40包括部件选择和系统增强步骤42。在部件选择和系统增强步骤中，将数据收集阶段中的信息输入信号与代表音响系统各种部件(如放大器，扬声器，以及电子学部件)特性的信号进行比较以选择增强音响系统的部件。代表音响系统部件特性的信号可以存入步骤44中先前已经汇集的数据库和存入计算机存储器。有关放大器的信息可能包括信道数；功率分配容量(每信道和每放大器)；最大增益；功率需求；及成本。关于扬声器的信息可能包括频率响应；覆盖效率；功率需求；环境限制和能力；所需固定用装置；工作范围；额定功率；最大额定SPL和成本。关于音响系统部件的信息可能还包括辅助器件(如安装固定装置，接线，及附件)。音响系统可以依据几个因素进行增强，但在商业设置时通常考虑成本和性能而进行增强。增强方法在下面会有更详细的说明。在任选显示步骤46中，可以显示关于音响系统的信息。该信息可以以对系统设计者或其他人员有用的任何形式进行显示。显示步骤46在接收顾客认可的商用设置中特别有用。设计阶段40的步骤对设施内各个声学空间都要重复进行。

系统设计阶段中的另一阶段是文件生成步骤49，在此步骤中要生成各种不同文件。这些文件可能包括材料清单(BOM)；室内扬声器位置的布局；接线图；表示放大器，扬声器，及其他部件相互连接和逻辑安排的方框图；及可能有用的其他文件(如用于商业用途的文件)。

在文件生成步骤49，储存在各不同数据库的信息信号被提取出来并用来建立各种不同文件。使用先前存储在音响系统部件特性数据库的信息信号并结合系统设计阶段40中选定的特定部件对BOM进行汇集。使用在步骤32收集的信息并结合系统设计阶段40中产生的特定系统部件对布局图和接线图进行汇集。布局图，接线图及BOM均实时生成，即在数据收集及输入步骤32和36输入时，而布局图和方框图以及接线图则立即生成。布局图显示在数据输入屏幕上，如图3所示。BOM以及方框图和接线图的实例分别示于图4a和4b。

实时生成布局图，方框图及BOM是非常有利的，因为这使音响系统设计者能立即向顾客显示增强的音响系统，而且如果必要，一旦输入顾客的数据便可与顾客讨论性能/成本的折衷方案。

系统设计阶段40的步骤可以用下面将更详加讨论的计算机程序来完成。

系统实现阶段50可能包括安装步骤54，在此步骤中取得了音响系统的部件(示于BOM中的)，并根据布局图，接线图及方框图进行实际安装。在步骤56对已安装的系统进行均衡和调节。

步骤54以惯用的方式完成。下一步可能是步骤56中的验证，均衡和调节。验证通常使用声学测量设备进行来验证系统按设计进行工作，例如传播声压级和具有设计的频率响应。利用许多常规方法，或利用自动化方法可进行均衡。

如果系统设计者改变该音响系统，或对音响系统进行重大维修，那么可以再次执行图2的方法，使得步骤42中生成并储存的配置始终具有系统的最新配置。

在一种实施方案中，数据收集阶段30和设计阶段40的步骤可以借助运行在个人计算机上的计算机程序来完成。个人计算机可以是便携式计算机，故其很易于带到设施现场。此外，同样的计算机可以配备麦克风和频率响应测量装置，用于步骤56的均衡部分。

参看图5a和5b，其示出了为实施设计阶段30和配置阶段40中步骤的计算机程序类别图。该模型，包括句法，符号及惯例符合在Fowler的“UML Distilled”second edition，ISBN78021 657838 and Gammaet.al.，“Design Patterns”，ISBN020163361 2(“精选UML”第二版，ISBN78021657838和Gamma等的“设计图案”，ISBN 0201633612中所说明的通用模拟语言)。

类别的定义和讨论如下。类别名称的第一个字母都大写以使其区别于具有同样名称的无类别组成部分。例如“Acoustic Space”(“声学空间”)是指类别；“acoustic space”(声学空间)是指上面定义的实体。

“工作型式”100为与其他程序相接口的正面(见“DesignPatterns”，P.185)。工作型式100可以包含“优化器”101。“工作型式”100所包含的类别属于两个空间，解决方案空间161和需求空间，其包括“工作型式”100所控制类别的剩余部分。在需求和资源空间的类别代表了决定所需音响系统特性的类别。解决方案空间161中的类别包括含有已得到的扬声器系统和放大器的类别，以及满足特性空间所限定特性的扬声器和放大器的配置。

“增强器”101是一服务组件，其将多个音响系统配置汇集到一起并对它们进行评估或使之最优化。“增强器”101在图7中进行更详细的说明。

在图1的讨论中，对“设施”110的实体表示限定如上。在本程序范围内，其包含于“声学空间”120和“收听区”130，且其可能含有“设施信息”111，“设施电子控制”113，“设施电子源”114，“候选放大器”115，“预计事件”116，及“控制区段”117。设施可以包含“设施信息”111。

设施类别

“设施信息”111是指识别关于设施的信息，如地址，业主名称；“设施信息”类别还可用来记录有关其他类别的类似信息。

“设施电子控制”113和“设施电子源”114各自都有两个部件，所需特性部件和解决方案部件。“设施电子控制”113和“设施电子源”114分别代表“收听区电子控制”134和“收听区电子源”135的类别总和，下文将更详细地予以讨论。

“候选放大器”115拥有若干个放大器标识和技术规格供增强器101使用以构成音响系统。可以安排候选放大器使一个放大器的优选程度高于其他放大器。例如，用户可能由于除了候选放大器能力符合其目标的优劣情况以外的原因而优选该放大器。例如，一个具体的放大器可能更易于得到或者是特别便宜。

“预计事件”116是在收听区水平规定的“预计事件”136的主要清单。“预计事件”136在下文将予以说明。

“控制区段”117为可由一个公用放大器驱动的多个扬声器。如果扬声器要接收共同的音频信号，而且如果它们以共同的电压和功率工作，那么它们就可以由同一个放大器来驱动。控制区段不考虑放大器的容量。

“系统配置”118是一批放大器和几组扬声器。系统配置还包含“扬声器配置”119。系统配置稍后将在图5b的讨论中进行讨论。

“扬声器配置”119包含一组扬声器。扬声器配置在图5b的讨论中将予以更详细的说明。

“声学空间”120的实体表示上面已进行了说明。在本程序范围内，“声学空间”120包含“候选扬声器”125，“外观选择”121，“声学特性”122，“几何特性”123，及“系统目标函数”124。

声学空间类别

“外观选择”121是指扬声器的外观特点，如颜色，安装的侧壁或顶板，及其他。

“声学特性”122包含决定声学空间的声学特点。

“几何特性”123是几何特点的一个清单，如构成声学空间的表面形状。在图1的步骤32中输入的声学空间的大小可包括在这一类别。

“系统目标函数”124是一个函数，其将数值放入声学空间音响系统的目标上，并且将目标与所提出的音响系统的能力相比较以确定所提出的音响系统满足目标的优劣情况。系统目标函数可允许加权，例如使得在一种情况下对覆盖均匀性的加权可重于对响度的加权。

“候选扬声器系统”125有若干个扬声器系统标识器，其技术规格可供“优化器”101使用。

在图1的讨论中，上面限定了“收听区”130的实体表示。在本程序范围内，设施110包含“收听区”130。在其他实施方案中，“声学空间”120可控制“收听区”130，或“收听区”130可以代表公共实体。“收听区”可包含“电子源”135，“预计事件”136，“接收器区”137，“收听区信息”131，“收听区要求”132，“声学测量”133，“电子控制”134，“声学目标函数”139，及“系统特性”140。

收听区类别

“收听区信息”131是关于收听区的说明性信息。

“收听区选择”132是收听区的音响系统选择。其实例是低音音域的频率范围能力，声音覆盖均匀性(以标准偏差表示)，响度，等等。“收听区”选择可以包含非声学选择，如外观。在步骤36中输入的系统选择可以包括在这一类别中。

“声学测量”133是收听区的声学目标和对那些因素的实际测量结果。其实例是声压级，带宽，及频率响应。

“电子控制”134和“电子源”135各自有两个部件，选择部件和解决方案部件。收听区可能是顾客选择的一部分。例如，顾客可能要在收听区有调谐器和卫星电视源，从而这也是选择空间的一部分。提供调谐器和卫星电视源来满足该选择，因而其也在解决方案空间。类似地，电子控制元件，如用于电子部件接通和关断的墙上开关。可以既是选择又是解决方案。

“预计事件”136是在特定时间自动发生的事件。实例是系统电源接通/关断、和音量设置改变。

“接收器区”137包含“点听声器”138类别。

“点听声器”138是收听区中用来确定系统性能的点。“接收器区”137和“点听声器”138在图6中进行更详细的讨论。

“声学目标函数”139是一个函数，其将数值放入声学空间的音响系统的目标上，并且将目标与所提出的音响系统的能力相比较来确定所提出音响系统满足目标的优劣情况。系统目标函数可允许加权。例如使得在一种情况下对覆盖均匀性的加权可重于对响度的加权。

“系统特性”140是收听区所需要的能力，诸如自动音量控制，遥控能力，等等。

参看图5b，其更详细地示出了解决方案空间161的类别。“系统配置”118和“扬声器配置”119更为详细。“系统配置”118包含“放大器”201，“放大器型式分配器”202，以及“扬声器配置”119，“性能”203和“性能损失”204。“系统配置”118是音响系统中的扬声器。扬声器设置、放大器及放大器设置。

“系统配置”118和“放大器型式分配器”202包含“放大器”201，而“放大器”201包含“放大器信道”205。这一类别代表了将用在系统配置中的特定放大器。放大器特性，包括在步骤44汇集的标识数据和技术规格数据表，都可以包括在这一类别中。

“放大器型式分配器”202是“系统配置”中的一组或一批放大器。

“性能”203是相对于为音响系统所设性能目标标准的“系统配置”118能力的测量。

“性能损失”204用在评估可能的系统配置中。性能损失可能归结为特定的缺点，并可以用来完成“声学目标函数”139和“系统目标函数”124中的加权。

“放大器信道”205包含“扬声器”211和“扬声器型式分配器”212，而且其包含于放大器201。“放大器信道”205通常是多道放大器信道的其中之一。

“扬声器配置”119由系统配置118包含，其包含“扬声器型式分配器”212和声学测量记录213。

“扬声器”211为特殊扬声器。扬声器可按型号规定。而且通常具有规定的能力和特性(额定电压和功率等等)。放大器特性，包括在步骤44中汇集的标识数据和技术规格数据表，可以包括在这一类别。

“扬声器型式分配器”212是一组或一批扬声器。

“声学测量记录”213由“扬声器配置”119控制，其包含“测量”214和“性能损失”215。

“测量”214是相对于为音响系统所设性能标准的“扬声器配置”119能力优劣的测量。

“性能损失”215与“性能损失”204相类似，用于评估可能的扬声器配置。性能损失可归结为特定的缺点。同时可用来完成“声学目标函数”139和“系统目标函数”124中的加权。

为执行图5a和5b软件结构的软件程序作为辅助盘A被包括进来。程序设计成在标准膝上型个人计算机上的Windows2000操作系统上运行。

现在参看图6，其示出了为说明“点听声器”138和“接收器区”137而假想的一个收听区70。收听区70的声音由扬声器72，73和74提供，扬声器接收来自放大器76的音频信号。从数学上讲，收听区域为网格78所覆盖。网格线的交叉点80代表的点相应于与“点听声器”类别138相关联的点。确定了在各交叉点80的发自扬声器72，73和74的直接的场辐射。将几个点的数据加以综合就得到一个接收器区，其相应于“接收器区”类别137。如果能得到扬声器72，73和74的极座标图，那么在确定直接场辐射时就要对极座标图加以考虑。在本发明的其他实施方案中，可能使用更复杂的技术，如包括确定声音场时的交混回响场辐射。使用更强的计算能力，这些技术对声音场可给出稍更精确的估算。

现在参看图7，其示出了“增强器”101的逻辑图。初始评估逻辑60从“收听区选择”132接收音响系统选择，从“声学特性”122接收声学特性，从“几何特性”123接收几何特性，以及从“候选扬声器系统”125接收若干个用于初始评价的候选扬声器系统。如果可能的候选扬声器系统的总数小，那么所有可能的候选扬声器系统都可以提供给初始评价逻辑60。如果可能的候选扬声器系统的总数大，则可以根据预先确定的规则选择可能的候选扬声器系统总数的子集。初始评价逻辑60对候选系统相对于选择和特性进行基于规则的初步评价，去除不兼容的系统，并把兼容的候选配置传给布局逻辑62。布局逻辑62逐步形成对各兼容候选配置的布局(根据规则)，并将该布局传给模拟逻辑64。模拟逻辑64对兼容候选配置的布局(使用“接收区”137)进行模拟，并将模拟结果(即，图6讨论中上述方法的结果)传给“评估逻辑”66。对布局可进行修改并通过布局逻辑62，模拟逻辑64，以及布局评估逻辑66进行循环直至对各候选布局的布局得到增强为止。然后将各候选布局的增强布局传给配置逻辑68，后者将增强布局与“候选放大器”115中适合于对扬声器配置供电的候选放大器相结合。在多于一个候选放大器的情况下，系统评估逻辑70选出优选的增强系统配置。根据几个因素可以作出选择，但通常优选配置是满足所需性能标准的价格最低的配置。在初始评价，候选扬声器系统选择，以及布局逻辑中使用的规则可以是已发表的音响系统设计指南中说明的规则，或可能是系统设计人员已构想出的规则。

增强器可以对BOM数据，布局图，及接线图加以汇集。使用常规的图形显示技术，能够显示出如图4a和4b中的BOM，布局图，及接线图。

配置增强器101的另一项工作是评估人工建立的配置。人工确定的配置用模拟逻辑64进行模拟并用评估逻辑66进行评估，从而确定其是否满足要求。

显然，本领域的熟练技术人员可以大量的利用不同于这里所公开的特定装置和技术，而又不偏离本发明的思想。因此，本发明将被认为是包括了此处分开的装置和技术中存在或所具有的所有新特点以及这些特点的新结合，而本发明仅仅局限于所附权利要求的构思和范围。

Claims (11)

1.设计设施音响系统的方法，其包括：

将代表音响系统所需性能特性的性能数据信号输入到计算机处理器；

将代表所述设施内声学空间声学特性的声学数据信号输入到计算机处理器；

通过所述处理器将所述声学数据和性能数据信号与代表音响设备部件能力的所储存的先前存在的音响设备信号进行比较；及

通过所述处理器实时地产生出代表所需音响系统的音响系统配置输出信号。

2.根据权利要求1设计音响系统的方法，其中所述输出信号包括代表所需音响系统材料清单的部件。

3.根据权利要求1设计音响系统的方法，其中所述输出信号包括代表所需音响系统方框图的部件。

4.根据权利要求1设计音响系统的方法，其中所述输出信号包括代表所需音响系统布局的部件。

5.根据权利要求1设计音响系统的方法，其中所述计算机处理器为便携式计算机。

6.根据权利要求1设计音响系统的方法，其进一步包括，

重复权利要求1的步骤以提供代表另一所需音响系统的第二输出信号；及

利用处理器，按照预定标准对所述输出信号和第二输出信号进行评估。

7.根据权利要求6设计音响系统的方法，其中所述预定标准包括多种因素，而其中所述多种因素中的各因素都要被加权。

8.设计设施音响系统的装置，其包括：

存储器，用于储存代表音响系统部件特性的数据信号；及与该存储器相连接的计算机处理器，其构成和配置成能将数据信息信号，包括代表音响系统所需音响系统性能能力的性能数据信号，代表设施声学特性的声学数据信号，作为输入而加以接收，所述计算机处理器进一步构成和配置成能依据所述声学数据信号和性能数据信号实时地产生出代表音响系统配置的配置输出信号，音响系统配置包括部件的标识和部件间的相互连接，所述音响系统配置具有该所需音响系统的性能能力。

9.根据权利要求8设计音响系统的装置，其进一步包括对配置输出信号作出响应的显示装置，用于显示该音响系统配置的部件及其相互连接。

10.根据权利要求8设计音响系统的装置，其还包括麦克风和与所述计算机处理器相连接的频率响应测量装置，而其中所述计算机处理器与麦克风和频率响应测量装置协同来均衡所述音响系统。

11.根据权利要求8设计音响系统的装置，其中所述装置是便携式的。

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